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占쏙옙占쏙옙占� 가볍고 튼튼한 차체 부품 개발로 ‘자동차 경량화’를 이끌다 |
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가볍고 튼튼한 차체 부품 개발로
‘자동차 경량화’를 이끌다
한국생산기술연구원 전북본부 김재황 박사-㈜일강 주조본부 최정환 이사
㈜일강 외관.ⓒ한국생산기술연구원
‘자동차 경량화’는 말 그대로 무게를 가볍게 하는 기술을 의미한다. 그렇다고 단순히 무거운 소재를 가벼운 소재로 바꿨다는 것만으로 경량화에 성공했다고 하지 않는다. 가벼우면서도 튼튼하게 만들어야 경량화를 이루었다고 할 수 있다. 이에 ㈜일강은 한국생산기술연구원(이하 ‘생기원’) 전북본부 김재황 박사와 함께 고진공 다이캐스팅 공법과 열처리 공정 기술을 실제 산업에 적용했다.
자동차 경량화에 발맞춰 생기원과 함께 새로운 분야에 도전
우리는 자동차가 없으면 이동의 불편함을 겪는다. 그만큼 자동차는 우리 일상 속에서 꼭 필요한 존재라는 것. 하지만 우리나라의 경우 석유가 단 한 방울도 나오지 않기 때문에 소비자들은 자동차 연비를 중요시 한다. 자동차의 연비가 잘 나오는 방법은 무엇일까. 생기원의 김재황 박사와 ㈜일강의 최정환 이사는 입을 모아 자동차의 무게를 줄여야 한다고 이야기한다.
“㈜일강의 경우, 알루미늄 합금을 기반으로 다이캐스팅 공정 개발을 주력으로 성장하고 있는 회사입니다. 알루미늄 합금은 마그네슘 합금 대비 화재로부터 안전하고, 단단하다는 장점이 있기 때문이죠. 그래서 알루미늄 용탕을 이용한 다이캐스팅 공법으로 자동차 경량화에 집중했습니다.”
㈜일강은 다이캐스팅 공정을 활용해 차체 부품 개발에 힘쓰는 회사다. 일강이 활용하는 다이캐스팅 공정이란 자동차 부품 모양의 틀에 액체인 알루미늄 용탕을 담는 방식이다. 하지만 이 과정에서 알루미늄 용탕이 대기와 접촉하면서 완성 제품에 산소 등의 기체가 유입되어 하자가 발생한다.
알루미늄 용탕을 이용한 다이캐스팅 공법.ⓒ한국생산기술연구원
㈜일강 최정환 이사는 “기계적 성질과 튼튼한 내부 품질 이 두 가지는 자동차 부품이 꼭 지녀야 하는 조건입니다. 하지만 기존의 다이캐스팅 공법으로 제조한 제품에는 종종 기포가 생기는 경우가 있었죠. 당연히 기포가 과도하게 발생한 부품은 불량품이기 때문에 자동차에 사용하지 못합니다. 이에 우리는 기존 다이캐스팅 공법으로 만든 부품과 기계 구조에 대해 지속적으로 X-ray를 관찰, 연구 끝에 기포 발생률이 적은 ‘고진공 다이캐스팅 공법’을 자동차 부품 생산에 접목하게 되었습니다.”라고 말했다.
‘고진공 다이캐스팅 공법’은 진공 상태의 석션(Suction) 튜브를 이용해 알루미늄 용탕을 빨아올려 대기와의 마찰을 최소화하는 주조 방법이다. 그리고 이 방법을 적용한 ㈜일강은 기포 발생을 1/10로 줄이는 쾌거를 이뤘다.
열처리 공정기술 지원을 통한 제품의 고강도화
㈜일강은 기존의 제품들보다 더 단단하고 안전한 자동차 부품을 제조하기 위해서 생기원의 열처리 공정기술도 지원받았다. 금속은 다양한 방법으로 고강도화를 이룰 수 있는데, 이 중 생기원이 지원한 열처리 공정기술은 석출물을 생성시켜 전위의 이동을 막아 강도를 높이는 ‘석출 강화’ 방법이다.
석출 강화를 통한 열처리 공정에는 ‘용체화 처리’와 ‘시효 처리’가 있다. 용체화 처리 시 설정 온도가 높으면 석출물 생성이 많아 고강도화를 이룰 수 있지만, 일정 온도 이상에서는 고체 부품 일부가 녹는 현상이 발생한다. 그러나 설정 온도가 낮다면 석출물 생성이 줄어들어 고강도화하기 어렵다. 시효 처리 시에는 설정 온도가 높으면 단시간에 고강도화를 이룰 수 있으나, 강도 증가 정도가 낮다. 반면에 온도가 낮으면 고강도화 하는 데 시간이 많이 소요된다. 열처리 공정을 위해서는 이러한 점들 때문에 온도를 얼마나 올려야 하는지, 얼마나 유지해야 하는지, 장비 가동은 얼마나 해야 하는지, 어떻게 냉각 시켜야 하는지 등 많은 연구와 폭넓은 지식이 필요하다.
한국생산기술연구원 전북본부 김재황 박사.ⓒ한국생산기술연구원
㈜일강 주조본부 최정환 이사.ⓒ한국생산기술연구원
㈜일강은 관련 분야의 전문성이 낮았기에 생기원의 열처리 분야에 대한 기술지원이 더욱 고마웠다고 한다. ㈜일강의 최정환 이사는 “열처리 공정에는 미세조직 분석부터 열처리 조건 최적화 그리고 연구 내용을 실 부품에 적용하는 과정들까지 다양한 실험과 지식들을 필요로 합니다. 생기원의 도움 덕분에 제품을 양산화할 수 있었습니다. 이를 바탕으로 만들어진 저희 제품들은 현재 대기업 H사에 납품되고 있어요. 저희 ㈜일강이 알루미늄 다이캐스팅 시장에 선두주자로 앞서 나갈 수 있도록 최선을 다할 계획입니다”라고 덧붙이며 고마움을 표현했다.
㈜일강이 다이캐스팅 전문 기업으로 성장하도록 지원할 예정
현재 세계 각국에서는 환경 규제에 발맞춰 적합한 차량을 제조하기에 열중이다. 이에 자동차 경량화는 탄소를 많이 배출하는 화석연료 사용을 줄이기 위한 필수 기술이 되었다. 전기차나 수소연료차와 같은 친환경 자동차도 마찬가지다. 친환경 자동차 내부에는 전기를 저장하는 배터리와 이를 안전하게 고정시킬 수 있는 배터리 케이스가 들어가는데, 이때 케이스의 무게를 줄일수록 같은 배터리 용량으로 더 먼 거리를 주행할 수 있기 때문이다. 그래서 ㈜일강의 최정환 이사는 다음 목표를 친환경 자동차의 배터리 케이스 경량화로 잡았다.
“국내 자동차업체에서 2025년까지 23종의 전기차를 출시한다는 보도를 접한 적이 있습니다. 친환경 자동차의 점유율도 점차 상승하는 추세이기 때문에 이제는 작은 부품보다는 큰 부품을 목표로 잡았습니다. 그 첫 번째 타깃이 친환경 자동차의 배터리 케이스입니다.”
한국생산기술연구원 전북본부 김재황 박사와㈜일강 주조본부 최정환 이사가 악수를 하고 있다.ⓒ한국생산기술연구원
열처리 공정 시 대면적 부품은 쉽게 변형되기에 더 많은 연구가 필요하다. 또한 다이캐스팅 제작 설비 크기도 부품의 크기에 비례해 더 큰 사이즈가 필요하다. ㈜일강에서 친환경 자동차의 큰 부품인 배터리 케이스의 경량화를 목표로 삼은 만큼 열변형을 최소화하고 강도와 연신율을 확보할 수 있는 기술 그리고 이들을 개발할 수 있는 설비들이 필요한 상황. 이에 생기원은 ㈜일강이 대면적 차량 부품도 다이캐스팅 공정을 통해 제작할 수 있도록 계속해서 함께할 예정이다. 다이캐스팅 공법 전문기업으로 ㈜일강이 국내 1위로 자리매김하고, 세계 1위 자동차 부품 개발 기업이 될 날이 기다려진다.